永磁电机具有结构简单、质量轻、效率高等优点，在诸多领域有着广泛应用。
但是，稀土材料作为战略资源具有稀缺性和不可再生性，稀土材料价格受供求关系及国际市场管控影响具有波动性，稀土材料生产过程具有高污染性。
另外，为满足弱磁升速要求而注入较大的直轴去磁电流将导致永磁电机的绕组铜耗增加，高速区的运行效率降低。
鉴于国家的长远战略思维和永磁电机固有的技术问题，成本低、励磁可控以及设计方法成熟的电励磁同步电机（以下简称电励磁电机）具备一定的发展潜力和应用优势。
由于励磁磁场可调、无功功率双向可控，以及较好的短路故障承受能力、较快的机电暂态特性，电励磁电机常用于电力系统的发电领域。
但是，随着电动汽车、全电飞机、电气化轨道交通的提出和发展，电励磁电机的应用领域有望进一步拓展。
在全球轻型车测试规程中，电励磁电机的效率接近永磁电机、高于异步电机。
因此，宝马公司独树一帜地选择了电励磁电机作为第五代电驱技术，走出了有别于其他竞争厂商的技术路线。
但是，电励磁电机也存在一些无法回避的技术问题。
因此，国内外专家、学者都在积极推进电励磁电机无刷化进程，积极探索励磁绕组非接触能量传输新方法，同时通过改进电机拓扑结构、优化电磁设计等手段提升电励磁电机性能，扩大电励磁电机的应用范围。
1 电励磁电机的优势1.1 成本优势就材料消耗而言，电励磁电机无永磁体，虽然绕组用铜多，但铁心叠片可以更少。
尽管铜价高于叠片价格，但稀土永磁材料的价格远高于铜价。
所以，电励磁电机的材料成本可以低于永磁电机。
针对电动汽车应用，作者团队开展了永磁电机和电励磁电机的设计、计算和性能、成本的对比分析工作。
对于具有相同性能指标和尺寸要求的永磁电机和电励磁电机，表1给出了两种电机主要部件的材料用量，并按照材料的市场价格计算了电机成本，由于加工、制造等工艺成本的变数较大，暂作忽略处理。
可见，在保持电机尺寸和功率指标相同的前提下，电励磁电机具有一定的成本优势。
表1英国谢菲尔德大学的诸自强教授对2010款丰田普锐斯混合动力汽车用永磁电机和其自行设计的电励磁电机进行了对比分析。
在保持相同的定子外径、有效轴向长度、有效气隙、极槽配合、每相串联匝数的前提下，两种电机的有效材料用量见表2。
表2按照主要材料的国内价格，作者计算出了两种电机的材料成本，同样验证了电励磁电机具有一定的价格优势。
1.2 性能优势由于励磁电流可控，在全速域范围内电励磁电机均能产生较大的输出转矩，获得饱满的动态加减速特性，尤其是对于中高速运行区间更为明显。
对于永磁电机，很难兼顾高速区恒功率特性和低速区大转矩特性，即恒功率区间较窄，且存在一个电磁方案限定的转速上限。
对于电励磁电机，通过调节励磁电流，可以始终保持恒定的机械功率输出，不存在电磁方案决定的转速上限，扩速能力较强。
电励磁电机具有极佳的负载兼容能力：对于满载运行，通过增强磁场，可以产生更大的动力转矩；对于轻载运行，可以减小励磁电流，降低励磁损耗。
励磁电流的灵活可控意味着无需调节电枢绕组中的无功电流，即可降低供电电源的容量要求。
此外，当供电电源达到输出极限时，电励磁电机的功率因数和输出转矩仍处于可控状态。
上述优势是永磁电机难以企及的。
另外，电励磁电机的反电动势与励磁电流相关，直轴电感大于交轴电感，短路时对应的直轴电流小于交轴电流，上述特点说明电励磁电机具有较强的容错能力。
考虑故障情况（永久短路、紧急停机等），可以切断励磁电流以保障系统安全，从而降低了对电力电子方面所采取的安全措施的要求。
1.3 效率优势励磁电流具有调配电机性能和效率的作用，励磁可调意味着性能和效率的平衡可控。
电励磁电机的单点效率高于异步电机，综合效率接近甚至可能超过永磁电机。
诸自强教授以2010款普锐斯电动汽车用永磁电机为参考，在保证相同尺寸的前提下，优化设计了一款电励磁电机，并计算了二者在0~14 000r/min转速范围内的系统效率。
分析计算结果表明，电励磁电机和永磁电机的最高效率分别达到了94%和96%，在全速度范围内两种电机的单点效率差也一直维持在2%左右。
但是，电励磁电机的恒功率范围更宽，而永磁电机的高效区面积更大。
T. A. Lipo教授将2007款凯美瑞电动汽车用永磁电机和一台14.5kW商业电励磁电机进行比较并指出：在额定转速以下，电励磁电机的效率接近93%，低于永磁电机；但在额定转速以上，通过减小励磁电流实现弱磁升速，电励磁电机的效率甚至比永磁电机弱磁控制时的效率高，且效率93%以上的区域面积更大。
也有学者针对基于耦合变压器的电励磁电机进行研究，并与内嵌式永磁电机进行比较，同样得到了电励磁电机高速区运行效率更高的结论。
针对表1提及的永磁电机和电励磁电机，作者计算了0~16 000r/min转速范围内电励磁电机和永磁电机电动运行和发电运行时的效率，结果如图1所示，图中转矩基值为永磁电机的最大转矩。
图1表明，电励磁电机和永磁电机的单点最高效率均能够达到97%；在全速度范围内，电励磁电机的效率与永磁电机的效率相当，尤其是高速区效率甚至高于永磁电机。
但是，在额定转速附近，永磁电机的高效区面积略大于电励磁电机。
为了考虑不同时速运行时间长短的综合效率，以典型的全球轻型车辆统一试验程序（Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure，WLTP）规定的工况为例，作者计算了两种电机的综合效率指标，图1中的“白色圆圈”表示考虑WLTP工况时电励磁电机和永磁电机的实际工作点。
在WLTP工况约束下，计算电励磁电机和永磁电机的平均综合效率分别为95.1%和95.3%，永磁电机略占优势。
图1电励磁电机和永磁电机的效率分布综上所述，永磁电机和电励磁电机具有不同的性能优势，应该结合具体运行工况、控制策略等合理评价。
作者认为，就综合性能而言，永磁电机的优势更为突出。
但是，当出现永磁体价格上涨导致永磁电机的成本大幅增加，以及考虑政治因素影响导致永磁体无法正常供应时，电励磁电机是一种具有较强竞争力的替代方案。
2 制约电励磁电机应用与发展的关键问题除了具有上述优势，电励磁电机也面临着一些问题：需要电刷、集电环为励磁绕组供电，转矩密度和功率密度有待提高等。
电刷集电环式励磁系统具有结构简单、成本低、响应快等特点，但需要定期维护，易产生粉尘污染，不能用于爆炸环境，且励磁功率受限。
对于工业或电气化交通领域应用，电刷集电环励磁会引起结构、可靠性、应力、发热等问题。
首先，考虑摩擦产生的粉尘和火花，需要将固定在转轴上的电刷集电环置于机壳和轴承之外，导致电机轴向长度增加。
对于电动汽车应用，轴向长度的增加与电动汽车结构紧凑化趋势不符。
其次，为增加电刷的导电性能、降低电阻率，会在电刷材料中增加铜元素。
随着铜元素含量的升高，电刷附着性能变差，电机运行时电刷甚至出现不规则跳动。
再次，高转速对电刷材料的可靠性提出挑战。
电刷能够承受的速度极限约在30~40m/s，电动汽车用的驱动电机最高转速近万转，几乎达到甚至超过电刷的速度极限，此时稳定的电流传输难以保障。
最后，电刷与集电环接触以及电流流过绕组会产生热效应，浇注集电环基质的环氧树脂难以同时承受较高的机械负荷和热负荷，易产生开裂，甚至损坏。
另外，电励磁电机的励磁磁场
